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上海硅酸盐所高功率激光晶体研究获进展

时间:2019-08-15 20:06:50 来源:互联网 阅读:0次

  技术经过半个多世纪的发展,超强超短激光技术是其前沿,受到国际上各个发达国家和经济体的重视,而具有宽带发射光谱特性的是超强超短的关键基础元件之一。稀土离子掺杂的碱土氟化物AeF2晶体(Ae:Ca、Sr、Ba)一个显著的特点是激活离子的多重局域配位结构,形成类似于玻璃的宽光谱特性,同时具有晶体材料高的热导率,已成为主要的超强超短增益介质材料之一。此外,这类激光材料还具有以下优点:非常宽的透射范围,可以从深紫外一直到中红外;低的非线性折射率(n2),可以降低高强度激光泵浦作用下的非线性效应;较低的声子能量,有利于提高荧光量子效率;具有负的折射率温度系数(即热光系数),在高能量密度下有利于获得高质量的激光光束;可以获得大尺寸单晶等。

  中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧、徐军团队自200 年开始系统开展了Yb:CaF2晶体的研究工作,提出 在稀土掺杂碱土氟化物(AeF2,Ae=Ca,Sr,Ba)中掺入M+(或Me +),可以在原子、分子和基团尺度上调控稀土离子的局域配位结构 的学术思想,发现在Yb +:CaF2晶体中调整Na+和Yb +的浓度比可以调节其吸收和发射光谱性能,并可形成独特的光谱性能,即在低温下( 80K)仍然具有宽吸收和发射光谱,有利于实现Yb +离子低温四能级超快激光输出。与德国耶拿大学(POLARIS工程)、奥地利维也纳技术大学合作,分别实现了全LD泵浦的TW(太瓦,1012瓦)级超强超短激光输出(tt.,2008, :2770)和低温放大(tt.,2009, 4:2075;tt.,2011, 6:1914),使该晶体成为国际上发展新一代全LD泵浦超强超短激光装置的主要增益介质之一。

  近,上海硅酸盐所在Y +,Nd +:CaF2激光晶体中研究发现,通过调整掺杂离子Y +、Nd +的比例和组成,可以改变激活离子Nd +在晶格中的微观局域配位结构,从而使得该晶体的光谱参数可以在一定范围进行调控:发射波长1040~1070nm、发射带宽(FWHM)15~ 1nm、发射截面1.5~4.5*cm2、寿命200~1000 s等。由此,赋予了Nd:CaF2晶体材料新的生命力:2012年 月首次采用钛宝石泵浦实现了Nd,Y:CaF2晶体的激光输出(tt.,201 ,10:0 5804);特别是2014年,与上海交通大学教授谢国强、钱列加等合作,采用LD泵浦实现了10 fs的SESAM锁模超短脉冲激光输出(tt.,2014, 9:17 7),这是国际上首次在掺Nd的激光晶体中实现百飞秒锁模激光输出。此外,与中科院物理研究所魏志义研究员合作,实现了Nd,Y:SrF2晶体高效率的飞秒( 2fs)锁模激光输出:激光斜率效率达67%,这是迄今Nd激光晶体中飞秒激光输出的效率(AppliedPhysicsExpress,2014,7:092704)。该晶体在高能重频激光系统中也展现出良好的应用前景。

  Nd,Y:Ca(Sr)F2激光晶体

  Nd,Y:CaF2激光晶体锁模脉冲自相关曲线(上)和光谱图(下)

  Nd,Y:SrF2激光晶体飞秒锁模工作模式下激光输出功率图

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